Двухколпаковая печь Кузнецова

Игоря Викторовича Кузнецова знают печники всего мира. Его вклад в дело разработки новых конструкций отопительных приборов невозможно переоценить. Главный принцип, положенный в основу любой конструкции, именуемой «печь Кузнецова», заключается в следующем: они функционируют, используя физические принципы, обуславливающие движение горячих газов вверх.

Общее представление об устройстве двухколпаковой печи

двухколпаковая отопительная печь кузнецова

Печи, функционирующие благодаря использованию принципа, упомянутого выше, имеют достаточно простую конструкцию. Это пара колпаков, размещённых друг над другом, либо рядом друг с другом. Колпаком, в рассматриваемом случае, именуется кирпичный стакан, перевёрнутый вверх дном. Последнее поддерживается стенками и столбиками, выложенными из кирпича. В нижней своей части колпак имеет пару отверстий. Одно из них является входным. Через него поступают разогретые газы. Второе — выходным. Отсюда истекают холодные газы.

Рассмотренную схему имеет колпак, расположенный сверху. Роль отверстия для отведения газов, в данном случае, играет вход в вытяжную трубу. Из нижнего колпака в верхний по специальному вертикальному каналу поступают отработанные газы. В этом же колпаке у такой конструкции, как двухколпаковая печь, оборудована топка, выложенная в строгом соответствии с существующими правилами. Высокотемпературные газы в процессе движения остывают, отдавая своё тепло поддерживающим конструкциям и стенкам.

Принцип работы, заложенный в основу конструкции двухколпаковой печи

Разогретым газам в подобной конструкции печи для движения не требуется создание тяги. Оно возникает благодаря разнице в весе, которой обладают слои газа, разогретые до разных температур. Наиболее лёгкие, имеющие максимально высокую температуру, поднимаются вверх, под перекрышу колпака. А тяжёлые холодные собираются внизу колпака. При этом газы с промежуточными значениями температур перемещаются от основания к перекрытию колпака и обратно, создавая турбулентность. Это способствует тому, что стенки колпака прогреваются гораздо лучше. С ростом температуры во внутреннем объёме колпака создаётся избыточное давление. Это также способствует росту тепловосприятия формирующими его стенками. В данном случае теплоотдача осуществляется, благодаря конвекции. Тепловая энергия перемещается непосредственно газовыми струями. Для моделей печи, которые функционируют на электричестве, создание тяги не нужно. Если отопление осуществляется дровами, то продукты сгорания удаляются, благодаря формируемой тяге. В подобных случаях, под сводом колпака формируется определённый объём разогретых газов, т.н. «мешок». Он представляет собой идеальный вариант камеры дожига отводимых газов.

Основные свойства, присущие подобному принципу работы

Колпаку, который имеет колпаковая печь, можно придать любые объёмы и форму (существуют реализованные конструкции с объёмами в 5,0 м³);
Тепловая энергия перемещается благодаря естественным физическим законам;
Внутри конструкции колпака образуется газовая турбулентность;
Газы с максимально высокой температурой собираются под сводами колпака;
В переходный канал попадают холодные газы;
Возрастание температуры под колпаком приводит к росту давления;
В каждом произвольно выбранном горизонтальном сечении стенки колпака прогреваются одинаково. Показатель нагрева растёт при переходе от нижних горизонтов к верхним;
Источник, отдающий тепловую энергию, можно разместить в любой точке нижней зоны 1-го колпака. На характер нагрева это не влияет;
Допустимо наличие нескольких источников тепла;
Если реализована схема последовательного размещения 1-го и 2-го колпаков друг над другом достигается равномерный прогрев конструкции по всем горизонтальным сечениям конструкции. Колпак, расположенный внизу, воспринимает больше энергии, отдаваемой разогретыми газами, чем каждый следующий.

Учёт этих свойств позволяет правильно рассчитывать и проектировать печи упомянутой конструкции.

Преимущества двухколпаковых печей Кузнецова

Профессиональные печники, говоря о работах И. В. Кузнецова, используют обобщающий термин «кузнецовки». Основными преимуществами конструкций рассматриваемых печей, которыми объясняется их востребованность по всему миру, являются:

Значительный КПД, средние показатели которого составляют 80%;
Конструкции позволяют получить значительные температуры сгорания любых видов топлива, не используя для этого материалов и технологий, требующих их производства в промышленных условиях;
Универсальность печей, которые способны работать на топливе любого типа, сжигая его до золы. При этом сажа практически не осаждается;
Простота ухода. В этих печах сгорает даже сажа, поэтому чистить их можно раз в несколько лет;
Равномерная теплоотдача за время, проходящее между топками, органично сочетается с меньшей материалоёмкостью конструкции;
Конструктивно возможно встроить контур водогрейный, что практически не ухудшает технические характеристики конструкции подобной печи;
Отличная тяга с использованием дымохода незначительной длины. Это упрощает и делает дешевле строительство и монтаж рассматриваемой печи;
Внешний вид изделию может быть придан с учётом общего дизайна помещения, в котором выкладывается печь двухколпаковой схемы. При этом её эксплуатационные характеристики не ухудшаются;
Тяга по каналам перераспределяется автоматически на этапах перехода от топки печи к её остыванию, что исключает вероятность угара. Вьюшку можно практически не закрывать. Она используется в подавляющем большинстве случаев, только при нештатных ситуациях.

Последнее достигается за счёт того, что поток газов, возникающий под действием тяги, направляется по низовым каналам мимо горячих частей тела подобной печи. Во время топки, формирующиеся конвективные потоки тянут за собой воздух. Это позволяет обходиться без специальной системы вентиляции объекта, в котором сложена печь.

Конструкция двухколпаковой печи позволяет полностью исключить ряд проблем, свойственных печам иных конструкций, при использовании вьюшки. Тепло может выдуваться через вьюшку при сильном ветре, либо холодный воздух может попасть в топку при возникновении обратной тяги. В любой кузнецовке это полностью исключено, т. к. воздушные потоки направляются мимо тех элементов, которые он может выстудить.

Возможные варианты конструкций

Самым главным преимуществом подобной системы является её значительная гибкость. Существует возможность проектировать и класть печи разных габаритов, формы и назначения, обладающие необходимыми функциями.

В имеющийся колпак отлично монтируются водогрейный котёл и электронагреватель, духовка и варочная плита, парогенератор или теплоаккумулятор, вставки тепловые, используемые для организации отопления калориферного типа и т. п. Существуют реализованные проекты, в которых размер колпака достигает пяти кубометров.

Технология колпаковых печей позволяет реализовывать в их конструкциях современные технологии, автоматизировать процессы его сгорания и регулировки теплоотдачи.

Применяя существующие системы рециркуляции можно отапливать подобными печами здания, имеющие различных проектов.

Печи «кузнецовки» можно изготовить в многоэтажном варианте и использовать для решения широкого круга задач. Существуют проекты, которые могут функционировать на электричестве, с реализацией в их конструкциях экономичного режима энергопотребления (ночью энергия накапливается).

В двухколпаковых печах возможна установка котла для ГВС или отопления. Процесс горения здесь идёт при значительных температурах. Это позволяет max полно использовать всю энергию топлива. В данных печах выполняется нагрев не теплоносителя, а специального теплоаккумулятора, который допускает нагрев более значительный (от 4 до 6). В результате аккумулирующие способности подобной системы возрастают.

Конструкции банных печей отапливают одновременно все основные её помещения, греют воду, выполняют вентиляцию, готовят пар требуемого качества, включая перегретый сухой. Отдельные модели позволяют регулировать ТВР в бане, быстро прогревать любое помещение, осуществлять его отопление и т. п.

Особенности работы

Кузнецовки многофункциональны. У всех моделей прогрев нижний. Независимо от типа энергоносителя (дрова или электричество) достигается одинаковый характер прогрева. Вся конструкция прогревается полностью. Можно при этом реализовать работу открытого камина, что допускает возможность приготовления на углях блинов в сковородке (без необходимости их переворачивания) или шашлыков, либо русской теплушки. В последнем случае можно готовить любую пищу.

Ещё одно, присущее подобным печам, техническое качество. Чем дольше топится обычная печь, тем выше температура, до которой прогреваются стенки дымохода. Соответственно сокращается количество тепла, которое может забираться ими от выводимых дымовых газов. Соответственно, они удаляются более горячими, что снижает КПД работающих печей.

В двухколпаковых печах увеличение продолжительности топки не оказывает заметного влияния на снижение КПД, т. к. всё избыточное тепло аккумулируется в мешке верхнего колпака.

Несколько советов по кладке

Перед тем, как приступить к кладке печи, осуществляют её расчёт и порядовку. Вопрос, касающийся кладки конкретной модели, это тема отдельной статьи.

Здесь приводятся общие рекомендации по технологии кладки двухколпаковой печи.

Материалы

Наружную кладку следует вести глиняным одинарным кирпичом 250×120×65. Рекомендуется использовать марку М150 и выше. Огнеупорные элементы кладки выполняются из шамотного кирпича марок ШБ-8 (250×123×65), либо Ш5 (230×114×40). Рекомендуемая ширина швов наружной кладки не должна превышать пяти миллиметров.

Приблизительное количество требуемого кирпича, без учёта потребностей на фундаментные работы и кладка трубы, определяется следующим образом: кол-во кирпича, нужное для того, чтобы выложить первый ряд, следует умножить на число рядов (согласно порядовке) и на коэффициент заполнения (для таких печей он равен 0,8). Полученного количества вполне хватит на кладку печи, включая выбраковку, а также возможный бой. На трубу потребуется кирпич, кол-во которого рассчитывается так: 4–6 штук на ряд, с учётом требуемой высоты трубы. Необходимость в кирпиче огнеупорном считается поштучно, согласно порядовке.

Если речь идёт о наружной кладке рядовым кирпичом, то ориентировочная толщина каждого ряда равна 70 мм (при толщине шва в пять миллиметров).

Приобретая кирпич шамотный, следует потребовать сертификат, т. к. высока вероятность приобретения вместо него более дешёвого, кислотостойкого. Визуально они практически не отличаются. Однако последний не держит высоких температур. Попробуйте нагреть кончик кирпича паяльной лампой. Кислотостойкий при этом разрушится.

Советы

Запрещено использовать огнеупорный кирпич в одной кладке с рядовым. У них разное линейное расширение и коэффициенты теплопроводности. Поэтому, при нагревании подобной кладки, нарушается её целостность.

Не рекомендуется вести наружную кладку стенок печи шамотным кирпичом. Она может перегреться, что повышает пожароопасность подобной конструкции.

Следует учитывать, что кирпич шамотный прогревается более быстро и сильно, чем рядовой, и расширяется на большую длину. Чтобы компенсировать удлинения, обусловленные нагревом, которые возникли в огнеупорной и обычной кладке, оставляется пятимиллиметровый зазор, который заполняется (на выбор печника):

по ширине и длине — картоном (мулитокремнистым теплоизоляционным, базальтовым и т. п.);
по высоте (швы, возникающие между кладкой и установленными печными приборами), заполняется каолиновой, либо базальтовой ватой.